基于智能手表的智能家居系統

王賀迪+劉經緯

摘 要：隨著Apple Watch的誕生和5G移動互聯網絡的到來，智能穿戴設備逐步成為了最方便、最時尚的移動終端設備，智能家居已經成為了只能穿戴設備的重要功能。如今的智能家居系統功能有限、安裝復雜、價格高昂，無法走進千家萬戶。同時，與人們日常生活息息相關的需求難以得到滿足，如寵物、小孩和老人的隨時看護，家用電燈和電器的遙控開啟等。為此，該研究設計了一種基于智能手表的智能家居系統，以最方便時尚的方式實現智能家居。

關鍵詞：智能手表 智能家居 遠程控制 5G移動互聯網

中圖分類號：G641 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（b）-0001-02

1 研究背景和原因

隨著人們生活水平和節奏的不斷提高，方便時尚的智能穿戴設備逐漸成為了人們更受歡迎的生活必需品。出差在外的人們會希望隨時實隨地照看家里老人、小孩和監視屋內環境狀況，遠程控制家用電器；公司主管經常需要對經營場所的情況進行快捷了解，或與流動的工作人員進行即時的視頻溝通；臨時會場、露天展臺的組織者需要安裝監控設備照看自己的展區和展品。

然而，經市場調研發現，現有的各類智能設備和系統并不能很好地滿足以上需求。目前市場上的產品存在五大缺陷：攜帶佩戴不方便、產品缺失完美的工業設計、智能化程度低、系統擴展能力有限、成本高。因此，智能家居雖然已經被提出多年，但是一直都沒有被廣泛應用。

面對供求之間的斷層，該研究應用智能手表、5G移動互聯網絡等技術設計了一套基于智能穿戴設備的智能家居系統來解決上述問題，重點突出時尚和便利兩大特征。

2 系統設計概述

2.1 系統架構概述

基于智能穿戴設備的智能家居系統分為三個部分：中央服務器、遠程控制終端（智能手表）和受控終端（智能家居中的電器等）。系統架構參見圖1。

圖1右側部分是受控終端，放置在智能家居中。由智能家居家電控制器和通訊執行器構成。其中控制器負責系統的所有任務調度和指派，首先接收遠程控制終端的命令，將不同請求分發給各種執行器去執行，最后將結果回傳給遠程控制終端。受控終端執行器既可以控制家用電器的開關，也可以調節點燈亮度，還負責家居中各類傳感器的信號處理（溫度、有毒氣體等）。

圖1左上部分是運行服務部門（中央服務器），由通信服務器、應用程序服務器及Web服務器構成。系統通過Web服務器提供網絡視頻點播服務，使用戶可以輕松地通過瀏覽網頁實現遠程視頻控制。系統利用電信部門的通信服務器，實現手機終端的接入。應用程序服務器則是針對各項服務而開發的服務器，例如，鑒權服務器用于系統的安全保障工作。

圖1左下部分是遠程控制終端（智能手表與手環）。此模塊設計了各類終端應用軟件，用戶只需將其安裝在終端上，便能安全、快捷地接入并控制該系統，實現網絡化的寵物、小孩、老人的監護和照料等功能。

2.2 系統的主要功能

2.2.1 網絡化家居控制

用戶在任何地方使用任何裝備（智能手表、手環、電腦、手機、PDA（掌上電腦）等）通過任何網絡（Internet、5G、LAN）實現多功能的遠程操控，如燒水、開關空調、開關門禁、控制窗簾、強行開斷電源等。例如：中國用戶在美國出差，可以通過手機為家里老人調節空調溫度，通過PDA遙控機器人視頻直播家里的情況。

2.2.2 智能化家居安防

采用智能視覺監控技術，進行異常檢測和報警，實現家中汽車等目標的智能視頻監控。例如：小偷靠近家居時，攝像頭會智能地檢測到小偷并發送視頻或圖片到用戶的手機等終端。又如小偷靠近汽車時，車內攝像頭會智能地檢測到運動目標，當監測到異常時發送視頻或圖片到車主的手機等終端。

2.2.3 遠程機器人控制

在家庭中，越來越多的人們感受到，很多時間出門在外，不便于關注家里的情況，有必要在家里安裝遠程可操縱的可移動的監控設備，以方便自己隨時隨地的監控住宅里的情況。基于以上問題，我們設計了可移動的機器人，通過機器人身上的攝像頭進行全角度的視頻圖像捕捉，并采用視頻壓縮方法將圖像轉換成高壓縮的視頻格式，在Internet網、5G手機網、LAN等多種網絡中進行視頻傳輸，并可以通過上述網絡遠程操作控制機器人來完成所要完成的任務。

2.3 智能手表作為無線網絡控制器的控制功能和實現方法

智能手表移動終端可以實現遠程機器人控制、家電（電飯鍋、電冰箱、電視及空調）控制及傳感器信號采集（溫度、有毒氣體），即實現遠程家務操作。控制程序界面如圖2所示。

（1）智能手表通過無線網絡實現遠程的機器人運動控制，包括前進、后退、左轉和右轉，并可設定運動步長。為了實現可靠性傳輸。智能手表首先與系統中央控制器進行連接，連接成功后將相應的控制命令轉發送到中央控制器，中央控制器指派給執行終端，并控制機器人進行相應的運動。

（2）通過無線網絡實現遠程的溫度采集控制，并獲取當前室內溫度值，在智能手表終端進行顯示。智能手表與系統中央控制器進行連接，連接成功后將相應的控制命令轉發送到中央控制器，中央控制器指派給執行終端。執行終端進行溫度采集，讀入數據并回傳給中央控制器，中央控制器再將溫度值發送到智能手表終端，即響應用戶獲取溫度的請求。

（3）通過無線網絡實現遠程電器開關控制，包括電燈開關和亮度調節、電視開關、空調開關、電飯鍋開關、電冰箱開關等。智能手表與系統中央控制器進行連接，連接成功后將相應的控制命令轉發送到中央控制器，中央控制器指派給執行終端，進而控制電器開啟或關閉。

3 結論

該文設計了一種基于智能手表和5G網絡的智能家居系統，系統功能及特點主要有以下3個方面。

（1）多網絡接入：用戶可使用智能手表、手環、PDA、計算機或手機等終端設備，通過5G（2G～4G也可以）網絡、互聯網（WAN）或局域網（LAN）接入系統。

（2）網絡化控制：在有上述網絡覆蓋的任何地點，用戶可通過終端控制家用電器和機器人，實現遠程家務以及特殊環境下的工作，如代替人類進行救援、勘測和管道作業等。

（3）智能化監視：用戶可隨時利用終端收看遠程機器人攝像頭采集的視頻，并對視頻進行智能化處理，包括運動目標檢測、報警、跟蹤及識別和視頻檢索。

參考文獻

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